DE10203512A1 - Geräte-System, bestehend aus einem batteriebetriebenen Elektrogerät, einer wiederaufladbaren Batterieeinheit und einem Batterie-Ladegerät - Google Patents

Geräte-System, bestehend aus einem batteriebetriebenen Elektrogerät, einer wiederaufladbaren Batterieeinheit und einem Batterie-Ladegerät

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Abstract

Bei einem solchen Geräte-System weist die Batterieeinheit (10) eine Überwachungsschaltung (14) auf, die mindestens eine Betriebsgröße der Batterieeinheit (10) erfasst und die ein von der Betriebsgröße abhängiges Steuersignal für Schaltmittel (25, 31) bereitstellt, welche den Lade- beziehungsweise Entladeprozess der Batterieeinheit (10) steuern. Diese Schaltmittel (25, 31) befinden sich im Elektrogerät (20) beziehungsweise im Ladegerät (30). Von der Batterieeinheit (10) wird das Steuersignal an die Schaltmittel (25, 31) im Elektrogerät (20) beziehungsweise im Ladegerät (30) übertragen. Durch diese Maßnahme der Herausverlagerung der Schaltmittel (25, 31) aus der Batterieeinheit (10) in das Elektrogerät (20) beziehungsweise in das Ladegerät (30) wird die Wärmeentwicklung in der Batterieeinheit (10) und auch deren Baugröße reduziert.

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Geräte-System, bestehend aus mindestens einem batteriebetriebenen Elektrogerät, einer wiederaufladbaren Batterieeinheit und einem Batterie-Ladegerät, wobei die Batterieeinheit eine Überwachungsschaltung aufweist, die mindestens eine Betriebsgröße der Batterieeinheit erfasst und die ein von der Batteriegröße abhängiges Steuersignal für Schaltmittel bereitstellt, welche den Lade- beziehungsweise Entladeprozess der Batterieeinheit steuern.
  • In der EP 665 628 A2 ist eine wiederaufladbare Batterieeinheit beschrieben, welche einerseits an ein batteriebetriebenes Elektrogerät angeschlossen werden kann, um seine elektrische Energie an dieses Gerät abzugeben, und das andererseits in ein Ladegerät einsetzbar ist, um daraus Energie zu seiner Wiederaufladung aufzunehmen. In der Batterieeinheit befindet sich eine Überwachungsschaltung, die mindestens eine Betriebsgröße, z. B. den Ladebeziehungsweise Entladestrom oder die Klemmenspannung der Batterieeinheit erfasst und ein davon abhängiges Steuersignal für in der Batterieeinheit vorhandene Schaltmittel bereitstellt, welche den Lade- beziehungsweise Entladeprozess der Batterieeinheit steuert. Das bedeutet z. B., dass diese Schaltmittel den Stromfluß aus der Batterieeinheit zu einem angeschlossenen Elektrogerät unterbrechen, wenn die Überwachungsschaltung eine Unterschreitung einer vorgegebenen Entladeschwelle registriert. Ebenso unterbrechen die Schaltmittel den Stromfluß von einem Ladegerät in die Batterieeinheit, wenn sie dazu durch das Steuersignal der Überwachungsschaltung initiiert werden, sobald diese eine Überschreitung einer vorgegebenen Ladeschwelle registriert.
  • In der aus der EP 665 628 A2 bekannten wiederaufladbaren Batterieeinheit befinden sich also sowohl die Überwachungsschaltung als auch die den Lade- beziehungsweise Entladeprozess der Batterieeinheit steuernden Schaltmittel. Insbesondere bei Batterieeinheiten, in denen sehr hohe Ladebeziehungsweise Entladeströme fließen, wie das z. B. beim Einsatz von mit relativ hoher Leistung betriebenen Elektrowerkzeuggeräten der Fall ist, müssen die Schaltmittel sehr hohe Leistungen schalten, was zu einer entsprechend hohen Wärmeentwicklung in der Batterieeinheit führt. Außerdem nimmt die Baugröße einer Batterieeinheit zu, wenn in ihr sowohl eine Überwachungsschaltung als auch die Schaltmittel zur Steuerung des Lade- beziehungsweise Entladeprozesses integriert sind.
  • Ebenso wird eine solche Batterieeinheit, die neben der Überwachungsschaltung die Schaltmittel zur Steuerung des Lade- beziehungsweise Entladeprozesses enthält, teurer. In einem Geräte-System, bestehend aus mindestens einem batteriebetriebenen Elektrogerät, einer wiederaufladbaren Batterieeinheit und einem Batterie-Ladegerät unterliegt gerade die Batterieeinheit dem größten Verschleiß. Deshalb ist es besonders ungünstig, gerade die Batterieeinheit durch Integration möglichst vieler elektronischer Schaltungen zu verteuern.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Geräte- System, bestehend aus mindestens einem batteriebetriebenen Elektrogerät, einer wiederaufladbaren Batterieeinheit und einem Batterie-Ladegerät der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Batterieeinheit einen möglichst geringen Aufwand an elektronischen Schaltungen aufweist, um eine hohe Wärmeentwicklung in der Batterieeinheit zu vermeiden und außerdem die Baugröße der Batterieeinheit möglichst gering zu halten.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die genannte Aufgabe wird gemäß dem beanspruchten Geräte- System beziehungsweise gemäß den einzeln beanspruchten Geräten - einer Batterieeinheit, einem Batterie-Ladegerät und einem batteriebetriebenen Elektrogerät - dadurch gelöst, dass in der Batterieeinheit nur noch die Überwachungsschaltung vorhanden ist, die mindestens eine Betriebsgröße der Batterieeinheit erfasst und ein von dieser mindestens einen Betriebsgröße abhängiges Steuersignal bereitstellt. Die Schaltmittel, welchen das Steuersignal zur Steuerung des Lade- beziehungsweise Entladeprozesses der Batterieeinheit zugeführt wird, befinden sich im Elektrogerät beziehungsweise im Ladegerät. Wenn nämlich die Batterieeinheit an das Elektrogerät angeschlossen ist, steuern die darin vorhandenen Schaltmittel in Abhängigkeit von dem von der Batterieeinheit gelieferten Steuersignal die Leistung des Elektrogerätes. Und wenn die Batterieeinheit an das Ladegerät angeschlossen ist, steuern die darin vorhandenen Schaltmittel in Abhängigkeit von dem von der Batterieeinheit gelieferten Steuersignal den in die Batterieeinheit übertragenen Ladestrom.
  • Die den Lade- beziehungsweise Entladeprozess der Batterieeinheit steuernden Schaltmittel sind aus der Batterieeinheit heraus in die daran anschließbaren Geräte verlegt. Damit wird die dem größten Verschleiß unterliegende und damit am häufigsten auszuwechselnde Einheit innerhalb des Geräte- Systems kostengünstiger.
  • Gemäß Unteransprüchen werden vorteilhafterweise von der Überwachungsschaltung in der Batterieeinheit eine oder mehrere folgender Betriebsgrößen erfasst:
  • Der in die Batterieeinheit hinein fließende beziehungsweise aus ihr heraus fließende Strom und/oder die Klemmenspannung der Batterieeinheit und/oder die Temperatur der Batterieeinheit oder eine mit der Temperatur in Beziehung stehende Größe.
    • Zeichnung
  • Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 ein Blockschaltbild einer wiederaufladbaren Batterieeinheit,
  • Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Elektrogeräts und
  • Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Batterie-Ladegerätes.
    • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • In den Fig. 1 bis 3 sind die Blockschaltbilder von drei zu einem Geräte-System gehörenden Einheiten dargestellt. Dabei zeigt die Fig. 1 eine wiederaufladbare Batterieeinheit, die Fig. 2 ein Elektrogerät 20 - vorzugsweise eine Handwerkzeugmaschine (z. B. Schrauber, Bohrer, Bohrhammer, Säge, Schleifer und dgl.) - und Fig. 3 ein Batterie- Ladegerät 30. Die in der Fig. 1 dargestellte Batterieeinheit ist einerseits an das Elektrogerät 20 zu dessen Energieversorgung anschließbar und andererseits zur Wiederaufladung an das Ladegerät 30. Die aus der Batterieeinheit 10 herausgeführten Anschlüsse 1, 2, 3 haben beim Elektrogerät 20 und beim Ladegerät 30 korrespondierende, mit den gleichen Bezugszeichen 1, 2, 3 versehene Anschlüsse.
  • Die Batterieeinheit 10 enthält ein oder mehrere wiederaufladbare Batteriezellen 11. Von deren Plus- und Minus-Pol führen Versorgungsleitungen 12 und 13 an externe Versorgungsanschlüsse 1 und 2. In der Batterieeinheit 10 befindet sich eine Überwachungsschaltung 14. Diese Überwachungsschaltung 14 erfasst ein oder mehrere Betriebsgrößen der Batterieeinheit, genauer gesagt der Batteriezelle(n). Zu diesen Betriebsgrößen gehören z. B. der Entladestrom - das ist der bei Anschluss eines Elektrogerätes 20 aus der Batterieeinheit herausfliessende Strom - beziehungsweise der Ladestrom - das ist der bei Anschluss an das Ladegerät 20 in die Batterieeinheit hineinfliessende Strom - und/oder die an der (den) Batteriezelle(n) gemessene Klemmenspannung und/oder die Temperatur der Batteriezelle(n) oder eine mit der Temperatur in Beziehung stehende Größe. Zur Erfassung der Temperatur der Batteriezelle(n) ist in der Nähe der Batteriezelle(n) ein Temperatursensor 16 angeordnet.
  • Die Überwachungsschaltung 14 leitet aus der beziehungsweise den Betriebsgrößen ein Steuersignal für den Ladebeziehungsweise Entladeprozess der Batterieeinheit ab. Wie bereits aus dem Stand der Technik z. B. der EP 665 628 A2 oder der DE 41 06 725 A1 bekannt, dient ein solches von einer oder mehreren Betriebsgrößen der Batterieeinheit abhängiges Steuersignal dazu, den Stromfluß aus der Batterieeinheit zu einem daran angeschlossenen Elektrogerät 20 zu unterbrechen oder zu reduzieren, wenn die Batterieeinheit eine vorgegebene Tiefentladungsschwelle erreicht. Oder das Steuersignal sorgt dafür, dass, wenn die Batterieeinheit 10 an ein Ladegerät 30 angeschlossen ist, der Ladevorgang bei Erreichen einer oberen Ladeschwelle oder oberen Temperatueschwelle abgebrochen bzw. reduziert, d. h. der Stromfluß zwischen dem Ladegerät 30 und der Batterieeinheit 10 unterbrochen bzw. reduziert wird. Das besagte Steuersignal gibt die Überwachungsschaltung 14 über eine Signalleitung 15 aus, die zu einem externen Signalleitungsanschluß 3 führt.
  • In der Fig. 2 ist ein an die Batterieeinheit 2 anschaltbares Elektrogerät 20 dargestellt. In dem Elektrogerät 20 befindet sich ein elektrischer Antrieb 21, der üblicherweise ein Elektromotor ist. Zu dem elektrischen Antrieb 21 führen Versorgungsleitungen 22 und 23, die mit den Versorgungsleitungen 12 und 13 der Batterieeinheit 10 kontaktierbar sind. In einer der beiden Versorgungsleitungen 22, 23 befindet sich ein elektrisch steuerbarer Schalter 24. Als elektrisch steuerbarer Schalter werden üblicherweise MOS- FETs verwendet. Zur Steuerung des Schalters 24 sind Schaltmittel 25 im Elektrogerät 20 vorgesehen. Diese Schaltmittel 25 erhalten über eine Signalleitung 26, die an den externen Signalleitungsanschluß 3 angeschlossen ist, das Steuersignal aus der Batterieeinheit 10.
  • In Abhängigkeit von der Information, die das Steuersignal aus der Batterieeinheit 10 über den Entladezustand der Batterieeinheit 10 liefert, steuern die Schaltmittel 25 den Schalter 24. Wird beispielsweise von der Überwachungsschaltung 14 in der Batterieeinheit 10 das Unterschreiten einer vorgegebenen Tiefentladungsschwelle registriert, veranlasst ein dementsprechend an die Schaltmittel 25 übertragenes Steuersignal ein Öffnen des Schalters 24, so dass das Elektrogerät 20 keinen Strom mehr aus der Batterieeinheit 10 entnehmen kann. Anstatt die Leistung des Elektrogeräts 20 abrupt abzuschalten, kann auch unter Umständen ein allmähliches Herunterschalten der Leistung durch die Schaltmittel 25 in Abhängigkeit von dem von der Überwachungsschaltung 14 gelieferten Steuersignal durchgeführt werden. Überhaupt kann die Leistungsentnahme durch das Elektrogerät 20 über die Schaltmittel 25 so gesteuert werden, dass der maximale Grenzwert der Leistungsentnahme stets an den aktuellen Ladezustand der Batterieeinheit 10 angepasst wird. Auf diese Weise wird die Batterieeinheit 10 hinsichtlich einer möglichst langen Lebensdauer schonend betrieben.
  • In dem in der Fig. 3 dargestellten Ladegerät 30 befindet sich eine steuerbare Strom- oder Spannungsquelle 31. Diese steuerbare Strom- oder Spannungsquelle besitzt einerseits Netzanschlüsse 4 und 5, und andererseits führen Versorgungsleitungen 32 und 33 zu den externen Versorgungsleitungsanschlüssen 1 und 2. Über eine Signalleitung 34, die zu dem externen Signalleitungsanschluss 3 führt, erhält die steuerbare Strom- oder Spannungsquelle 31 das von der Überwachungsschaltung 14 in der Batterieeinheit 10 gebildete Steuersignal. Schaltmittel in der steuerbaren Strom- oder Spannungsquelle 31 steuern den über die Versorgungsleitung 32, 33 zur Batterieeinheit 10 fliessenden Ladestrom in Abhängigkeit von dem in der Batterieeinheit 10 gebildeten und zum Ladegerät 30 übertragenen Steuersignal. Insbesondere signalisiert das Steuersignal den Schaltmitteln in der steuerbaren Strom- oder Spannungsquelle 31, wann die Batterieeinheit 10 eine obere Ladeschwelle erreicht hat, infolgedessen dann der Ladestrom aus der steuerbaren Strom- oder Spannungsquelle 31 abgeschaltet oder allmählich heruntergefahren wird.
  • Wie vorangehend dargestellt, findet über die Signalleitungen 15, 26, 34 zwischen der Batterieeinheit 10, dem Elektrogerät 20 und dem Ladegerät 30 ein Informationsaustausch statt. Dieser Informationsaustausch kann nicht nur unidirektional von der Batterieeinheit 10 zum Elektrogerät 20 beziehungsweise zum Ladegerät 30 führen, sondern auch in umgekehrter Richtung. Infolge dieses gegenseitigen Informationsaustausches über den aktuellen Betriebszustand des jeweiligen Gerätes 10, 20, 30 lassen sich Überbelastungen und dementsprechend ein hoher Verschleiß der Geräte weitgehend reduzieren.
  • Zweckmäßigerweise sind die Signalleitungen 15, 26, 34 für den gegenseitigen Informationsaustausch als Busleitungen ausgeführt, über die Steuersignaldaten als serielle Datenströme unidirektional oder bidirektional übertragen werden können.

Claims (8)

1. Geräte-System, bestehend aus mindestens einem batteriebetriebenen Elektrogerät (20), einer wiederaufladbaren Batterieeinheit (10) und einem Batterie-Ladegerät (30) Wobei die Batterieeinheit (10) eine Überwachungsschaltung (14) aufweist, die mindestens eine Betriebsgröße der Batterieeinheit (10) erfasst und die ein von der Betriebsgröße abhängiges Steuersignal für Schaltmittel (25, 31) bereitstellt, welche den Lade- beziehungsweise Entladeprozess der Batterieeinheit (10) steuern, dadurch gekennzeichnet,
dass im Elektrogerät (20) Schaltmittel (25) vorhanden sind zur Steuerung seiner Leistung in Abhängigkeit von dem von der Überwachungsschaltung (14) der Batterieeinheit (10) abgegebenen Steuersignal und
dass im Ladegerät (30) Schaltmittel (31) vorhanden sind zur Steuerung des vom Ladegerät (30) an die Batterieeinheit (10) übertragenen Ladestroms.
2. Batterieeinheit, welche mit einem Elektrogerät (20) zu dessen Energieversorgung und mit einem Ladegerät (30) zur Wiederaufladung der Batterieeinheit (10) elektrisch verbindbar ist, wobei die Batterieeinheit (10) eine Überwachungsschaltung (14) aufweist, die mindestens eine Betriebsgröße der Batterieeinheit (10) erfasst und daraus ein Steuersignal zur Steuerung des Ladebeziehungsweise Entladeprozesses ableitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit (10) Mittel (15) aufweist zur Übertragung des Steuersignals an außerhalb der Batterieeinheit (10), nämlich im Elektrogerät (20) beziehungsweise im Ladegerät (30), befindliche Schaltungsmittel (25, 31), wobei die Schaltungsmittel (25) im Elektrogerät (20) für die Steuerung seiner Leistung in Abhängigkeit des Steuersignals der Batterieeinheit (10) vorgesehen sind und die Schaltungsmittel (31) im Ladegerät (30) für die Steuerung des vom Ladegerät (30) an die Batterieeinheit (10) übertragenen Ladestromes vorgesehen sind.
3. Ladegerät für eine Batterieeinheit (10), welche eine Überwachungsschaltung (14) aufweist, die mindestens eine Betriebsgröße der Batterieeinheit (10) erfasst und daraus ein Steuersignal zur Steuerung des Ladeprozesses ableitet, dadurch gekennzeichnet, dass im Ladegerät (30) Schaltmittel (31) vorhanden sind zur Steuerung des vom Ladegerät (30) an die Batterieeinheit (10) übertragenen Ladestroms in Abhängigkeit vom Steuersignal der Batterieeinheit (10).
4. Elektrogerät, das zu seiner Energieversorgung an eine Batterieeinheit (10) schaltbar ist, welche eine Überwachungsschaltung (14) aufweist, die mindestens eine Betriebsgröße der Batterieeinheit (10) erfasst und daraus ein Steuersignal zur Steuerung des Entladeprozesses ableitet, dadurch gekennzeichnet, dass im Elektrogerät (20) Schaltmittel (25) vorhanden sind zur Steuerung seiner Leistung in Abhängigkeit vom Steuersignal der Batterieeinheit (10).
5. Geräte-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (14) in der Batterieeinheit (10) als Betriebsgröße(n) den in die Batterieeinheit (10) hinein fließenden beziehungsweise aus ihr heraus fließenden Strom und/oder die Klemmenspannung der Batterieeinheit (10) und/oder die Temperatur der Batterieeinheit (10) oder eine mit der Temperatur in Beziehung stehende Größe erfasst.
6. Batterieeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (14) in der Batterieeinheit (10) als Betriebsgröße(n) den in die Batterieeinheit (10) hinein fließenden beziehungsweise aus ihr heraus fließenden Strom und/oder die Klemmenspannung der Batterieeinheit (10) und/oder die Temperatur der Batterieeinheit (10) oder einen mit der Temperatur in Beziehung stehende Größe erfasst.
7. Ladegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das die Schaltmittel (31) steuernde Steuersignal von dem in die Batterieeinheit (10) hinein fließenden Ladestrom und/oder der Klemmenspannung der Batterieeinheit (10) und/oder der Temperatur der Batterieeinheit (10) oder einer mit der Temperatur in Beziehung stehenden Größe abhängt.
8. Elektrogerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Schaltmittel (25) steuernde Steuersignal von dem aus der Batterieeinheit (10) heraus fließenden Strom und/oder der Klemmenspannung der Batterieeinheit (10) und/oder der Temperatur der Batterieeinheit (10) oder einer mit der Temperatur in Beziehung stehenden Größe abhängt.
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